2021学年高一下学期物理人教版(教材)必修第二册PPT-7.4宇宙航行

2.第二宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需 的最小发射速度，其大小为11.2 km/s.当发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时， 飞行器绕地球运行的轨道是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同. 3.第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外 的最小发射速度，其大小为16.7 km/s.
例2 (多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运 动的速度，则有 A.被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大 B.被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
√C.第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 √D.第一宇宙速度与地球的质量有关
解析 第一宇宙速度 v＝ GRm地，与地球的质量 m 地有关，与被发射物体 的质量无关，故选项 C、D 正确.
总结提升
近地卫星、极地卫星和月球 1.近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度v≈7.9 km/s、周期T ＝2πvR ≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最 小周期. 2.极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时 能到达南北极上空. 3.月球绕地球的公转周期T＝27.3天，月球和地球间的平均距离约38万 千米，大约是地球半径的60倍.
例3 (多选)(2019·佛山一中高一下期中)下列关于同步卫星的说法正确
的是
√A.一定位于赤道正上空
B.为了避免相撞，应该与其他国家的同步卫星在不同的轨道上运行
C.发射速度小于7.9 km/s
√D.运行速度小于7.9 km/s
解析 同步卫星定点在地球赤道上空某处，距地面的高度相同，即所 有的同步卫星在同一轨道上，周期都与地球自转周期相同，故A正确， B错误； 卫星发射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之间，故C错误； 卫星运动的轨道半径越小，运行的速度越大，当轨道半径接近地球半 径R时运行速度最大，为第一宇宙速度7.9 km/s，同步卫星的轨道半径 大于地球的半径，故同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度7.9 km/s， 故D正确.
B.TA＝TC<TB
C.vA＝vC<vB
D.aA＝aC>aB
图4
解析 同步卫星与地球自转同步， 故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及an＝ω2r得 vC>vA，aC>aA 对同步卫星和近地卫星，根据GMr2m＝mvr2＝mω2r＝m4Tπ22r＝man， 知vB>vC，ωB>ωC，TB<TC，aB>aC. 故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TB<TC＝TA， aB>aC>aA. 选项A正确，B、C、D错误.
随堂演练
1.(对宇宙速度的理解)(多选)(2019·贵阳市高一下期末)如图5所示，牛顿在思考
万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速
问：诗人是怎样想起大堰河的？为什么艾青说“我看到了雪使我想起了你”？而不是看到春雨，听到秋风萧瑟的声音使我想起了你呢？
度一次比一次大，落地点也就一次比一次远.如果抛出速度足够大，物体就不 二、要历史地看待古人，看待英雄人物，要实事求是地分析评价。
图1
2.第一宇宙速度的推导
(1)已知地球质量m地和半径R，物体在地面附近绕地球的运动可视为_匀__速__
圆周 运动， 万有引力 提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认
为等于 地球半径R
，由
Gmm地 R2
＝m
v2 R
，可得v＝
Gm地 R.
(2)已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由
mg
＝m
v2 R
(5)由v＝ GM ，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低 r
轨道卫星更容易.( × )
2.已知火星的半径为R，火星的质量为m火，引力常量为G，则火星的第 Gm火
一宇宙速度为 R .
重点探究
一、三个宇宙速度 导学探究 不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因 素是什么？ 答案 一般不同.由GRM2m＝mvR2得，第一宇宙速度 v＝ GRM，可以看出， 第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量 M 和半径 R，与卫星无关.
例4 如图3所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导
航系统.其中有静止轨道同步卫星和中轨道地球卫星.已知中轨道地球卫星
的轨道高度为5 000～15 000 km，则下列说法正确的是
A.中轨道地球卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的
线速度
B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s
√C.中轨道地球卫星绕地球一圈的时间小于24小时
得：v＝
gR .
(3)三个宇宙速度及含义
数值
意义
第一宇宙 7.9 km/s 物体在地球附近 绕地球做匀速圆周运动的速度
速度
第二宇宙
在地面附近发射飞行器使其克服 地球 引力，永
11.2 km/s
速度
远离开地球的最小地面发射速度
第三宇宙
在地面附近发射飞行器使其挣脱 太阳 引力束缚，
16.7 km/s
速度
√A.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点 安全意识。
7. 在文中强调学习应当用心专一，并且从正面设喻，指出即使像蚯蚓那样弱小，如果用心专一也会有所成的句子是：蚓无爪牙之利，筋骨之强，上食埃土，下饮黄泉，用心一也。 10.《离骚》中表明作者在黑暗混乱社会中烦闷失意，走投无路的两句： 共享单车盈利模式有待梳理和建构，这注定了当前的共享单车发展模式不会是其发展的终点。电商的发展为共享单车的未来发展提供了有益借鉴，随着大数据时代的到来，共享单
知识深化
1.第一宇宙速度 (1)两个表达式 思路一：万有引力提供向心力，由 GMRm2 ＝mvR2得 v＝ GRM. 思路二：重力提供向心力，由 mg＝mvR2得 v＝ gR.
(2)含义 ①近地卫星的圆轨道运行速度，大小为7.9 km/s，也是地球卫星圆轨道 的最大运行速度. ②人造卫星的最小发射速度.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困 难，需要更多能量.
例1 (2019·天津一中期末)我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥
一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约
为地球质量的 811，月球的半径约为地球半径的
1 4
，地球的第一宇宙速度
约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为
A.0.4 km/s
√B.1.8 km/s
D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空
图3
解析 地球同步卫星位于赤道上方高度约为 36 000 km 处，所以 r 同>r 中， 由GMr2·m＝mvr2，得 v＝ GrM，故 v 中>v 同，A、D 错误； 两种卫星的轨道半径均大于地球的半径，运行速度均小于7.9 km/s，B错误；
由GMr2m＝m(2Tπ)2r 得 T＝ 4GπM2r3，故 T 中<T 同＝24 h，C 正确.
即学即用
1.判断下列说法的正误.
(1)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.( √ ) (2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.( × )
(3)我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大
于11.2 km/s.( × ) (4)在地面附近发射火星探测器的速度v满足11.2 km/s<v<16.7 km/s.( √ )
飞到太阳系外的 最小 地面发射速度
二、人造地球卫星 1. 1957 年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功. 1970 年4月 24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功.为我国航天事 业作出特殊贡献的科学家 钱学森 被誉为“中国航天之父”. 2.地球同步卫星的特点 地球同步卫星位于 赤道 上方高度约 36 000 km 处，因 相对地面静止 ， 也称静止卫星.地球同步卫星与地球以 相同的角速度转动，周期与地球 自转周期 相同 .
3、从文本中,我们只知道她是一个”丁香一样的姑娘”。（板书：丁香）丁香是什麽样的呢，有同学见过吗(展示丁香图片)？ ①“秦晋围郑，郑既知之矣”——坦言知亡，避其锐气。
会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是 第二部分（从“荆轲知太子不忍”到“遂发”）行刺的准备
9. 怎样才能促进共享单车的良性发展？请结合材料简要概括。 门要出台管理细则或指导意见，规范监督单车行业，并解决存在的问题。材料四要求企业关注解决行业存在的问题，和政府积极配合。在材料三中要求用户要增强文明意识，加强
针对训练 (多选)同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速
度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速
度为v2，地球半径为R，则下列关系式正确的是
√A.aa12＝Rr
B.aa12＝(Rr )2
C.vv12＝Rr
√D.vv12＝
R r
解析 以第一宇宙速度运行的卫星为近地卫星. 对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力， 则 GMr2m＝mvr2，故 vv12＝ Rr . 对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同特点是角速度相等， 根据 an＝ω2r，故 aa12＝Rr .
C.11 km/s
D.36 km/s
解析 由 GMRm2 ＝mvR2得，v＝
GM R
又MM月 地＝811，RR地月＝14
故月球和地球的第一宇宙速度之比v月＝ v地
MM月地·RR月地＝
811×41＝29
故 v 月＝7.9×29 km/s≈1.8 km/s，
探月卫星可运行的最大速率约为1.8 km/s，因此B项正确.
三、同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较
例5 如图4所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为
地球同步卫星.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、
vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速
度大小分别为aA、aB、aC，则
√A.ωA＝ωC<ωB
第七章 万有引力与宇宙航行
学习目标
1.会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义. 2.了解人造地球卫星的历史及现状，认识同步卫星的特点. 3.了解人类对太空的探索历程和我国载人航天工程的发展.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
知 一、宇宙速度 1.牛顿的设想 如图1所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度 足够大 ，物体就 不会落回地面，它将绕地球运动，成为 人造地球卫星 .
③定高度：由 GRm＋mh地2＝m4Tπ22(R＋h)可得，同步卫星离地面高度为 h＝ 3 Gm地T2
4π2 －R≈3.58×104 km≈6R.
④定速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此线速度、 角速度大小均不变. ⑤定加速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加 速度大小也不变.
总结提升
同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较
1.同步卫星和近地卫星都是万有引力提供向心力，即都满足GMr2m＝mvr2
＝
mω2r＝m
4π2 T2
r＝man.由上式比较各运动量的大小关系，即r越大，v、
ω、an越小，T越大.
2.同步卫星和赤道上物体做圆周运动的周期和角速度都相同.因此要通
过v＝ωr，an＝ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小.
4. 2013 年6月，神舟十号分别完成与 天宫一号 空间实验室的手动和自 动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间实验室 的自动交会对接.2017年4月20日，我国发射了货运飞船 天舟一号 ，入轨 后与天宫二号空间实验室进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次 交会对接及多项实验.
三、载人航天与太空探索 1. 1961 年苏联航天员 加加林 进入东方一号载人飞船，铸就了人类首次 进入太空的丰碑. 2.1969年，美国 阿波罗11号 飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大历史 事件的帷幕. 3. 2003 年10月15日9时，我国 神舟五号 宇宙飞船把中国第一位航天员 杨利伟 送入太空，截至2017年底，我国已经将 11 名航天员送入太空， 包括两名女航天员.
二、人造地球卫星 1.人造地球卫星 (1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道)，可以通过两极上空 (极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图2所示. (2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地 球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆 轨道的圆心.
图2
2.地球同步卫星 (1)位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转 角速度相同，广泛应用于通信，又叫同步通信卫星. (2)特点 ①定周期：所有同步卫星周期均为T＝24 h. ②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地 球自转方向一致，即由西向东.